600MW空冷岛冬季运行防冻和背压调整

600MW空冷岛冬季运行防冻和背压调整

摘要：目前，直接空冷机组因具有良好的节水性在我国北方地区得到了广泛的

应用。直接空冷系统采用机械强制通风，将环境空气作为冷却介质，利用换热翅

片管束使管内的水蒸气与管外的空气发生热交换，将汽轮机内做完功的乏汽冷却

至液态水，实现热功转换中冷端散热的目的。直接空冷机组运行几年后，大型冷

端换热器——空冷岛的性能会逐渐下降，空冷岛翅片管冬季防冻、春秋季节防大风、夏季换热效果差等问题也逐渐显现。另外，我国北方地区火电机组常面临调

峰任务重、发电负荷不足等问题，开展空冷机组冷端优化运行工作非常重要。

关键词：600MW机组；空冷岛；冬季运行；防冻；背压调整

1空冷岛系统及其防冻问题

直接空冷系统，又称空冷岛，是指将汽轮机的乏气直接用空气来冷凝，所需

冷却空气通常由机械通风方式供应，其散热器是由外表面镀锌的椭圆形钢管外套

矩形钢翅片的若干个管束组成的。采用直接空冷系统的优点为大幅减少了需水量，一次性投资低，易于在所有大气温度下实现冷却空气的均匀和稳定分布。其缺点

是风机消耗电力，冷却空气与汽轮机乏气直接进行热交换。

空冷岛的主要组成部分为空冷风机、空冷凝汽器（ACC）、排气管道、冲洗

系统和空冷凝汽器（ACC）。主要运行原理为：把由蒸汽轮机的低压缸内做功后

的乏气从汽轮机的尾部引入大口径的蒸汽管道，输送到汽轮机房之外的空冷平台上，再经过配气管送到众多翅片管换热管束内，外界的空气由大径轴流风机驱动

穿越翅片管束的翅片间隙，继而把翅片管束内的蒸汽冷凝成凝结水，使其重力回

流到凝结水箱，最终进入下个工作循环。

空冷机组的节水性能显著，据统计，相比于同等条件下的水冷机组，空冷机

组大约节水70%。

在负荷率基本相同的情况下，空冷机组供电耗煤与水冷机组基本持平，但耗

水量减少了68.4%，这对于北方缺水地区具有很大的实际意义。

伴随缺水问题的其他情况是：北方地区冬季普遍寒冷，当温度降低时，空冷

岛可能出现局部凝结水状况，严重时会导致散热器管冻裂。尤其是冷凝器顺流管

束是蒸汽凝结的主要部位，超过75%的蒸汽在其中凝结，更要特别注意低温时可

能发生的凝结。而应对这一问题，主要从运行控制、防冻保护等方面予以解决，

需要指出，这些方面并未有相互独立的措施，而是互相结合的统一整体，可在不

同的运行方式下按照设定的方法步骤和逻辑，共同应对防冻问题。主要的运行方

式可以划分为正常运行、机组启动和机组停机3种。

2空冷岛的防冻保护

当环境温度低于-3℃时，直接空冷系统进入冬季运行，空冷系统防冻按如下

措施执行。无论任何情况只要当冷却空气温度降到-3℃，延时5 min后，ACC防

冻保护启动以及凝结水的过冷保护成为空冷凝汽器重要的内容。凝结水的过冷极

易因结冰导致空冷凝汽器芯管的堵塞，如果频繁发生，凝汽器芯管就可能变形甚

至被损坏。因此，直接空冷机组在接近冰点的温度下运行期间，要严格采取一切

措施避免凝结水过冷现象。在正常运行期间且当环境温度低于某一结霜点时，在

逆流凝汽管束的上部会发现结霜，这是由于那里有不可凝气体的过冷现象发生。

如果这种状况持续一段时间，比如在24 h内环境温度始终低于冰点，就可能会逐渐地堵塞逆流凝汽管束芯管的下端，并且妨碍不可凝气体的排出，空冷系统极有

可能发生冰冻恶性事故。

2.1机组正常运行时的防冻措施

当运行中的任一列管排（蒸汽阀打开时）的凝结水温度低于25℃，汽轮机背

压设定值增加3 kPa。如果凝结水温度仍然低于25℃，则需要在30 min后将汽轮

机背压再增加3 kPa。在汽轮机背压设定值改变后，当所有凝结水温度都高于30℃，则在延时60min之后将汽轮机背压设定值降低3 kPa。如果所有逆流冷却

单元运行冷却风机从原运行速度减速15 Hz，则按照设定的顺序停运对应列的逆

流冷却风机，并且隔离该列，若机组背压设定值不变时检查停运逆流风机后剩余

逆流风机的转速同时升高，当剩余各列逆流风机的转速减速到15 Hz时，停运第

1列逆流风机若机组背压设定值不变时，检查剩余逆流风机的转速同时升高，依

此类推直到最后一列逆流风机停运，启动防冻逆流风机反转程序。

以上防冻措施中，凝结水温度、被压值以及运行速度变化数值都可以根据需

要设定。此外，冬季运行期间，每班就地实测各列空冷凝汽器及联箱表面温度至

少2次，并按要求记录各空冷凝汽器最低温度值，一旦发现投运空冷凝汽器列凝

结水联箱外表面温度低于0℃时，立即汇报运行部领导，并通知安生部汽机点检

及汽机维护人员采取措施。每班就地实测各空冷凝结水回水管外表面温度2次，

发现温度偏差较正常运行时偏大较大时，及时查找原因。冬季运行期间，加强对

除氧装置、排汽装置的补水量及水位的监视，发现除氧装置、排汽装置水位下降，补水量异常增大时，应分析空冷凝汽器以及凝结水管道是否冻结。

2.2机组启动时的防冻措施

冬季机组启动前，关闭空冷岛各列空冷凝汽器进汽蝶阀、凝结水门及抽空气门，将至除氧装置、排汽装置的所有疏水门关闭，锅炉点火后，控制炉膛出口烟

温不超过540℃，打开锅炉5%启动旁路；锅炉汽包压力至4.14 MPa时关闭5%启

动旁路。升温升压至1.0～4.0 MPa时，按照空冷风机控制步序机组送轴封抽真空，当真空达15 kPa以下时，开启主、再热汽及所有疏水开启高低压旁路向空冷岛供汽，关闭末过出口对空排汽阀，并使蒸汽量达到规定的最小进汽量以上，检查当

空冷凝汽器凝结水温度高于35℃时，按ACC控制顺序启动相应的空冷风机。真空严格按照汽轮机背压负荷限制曲线调整。旁路系统投入后，控制低旁减温器后温

度在80～90℃，在保证空冷岛进汽温度不大于100℃情况下，尽量提高空冷岛进

汽温度；调整两侧低旁开度及减温水门开度，控制两侧排汽装置压力差不超过6 kPa，排汽温度差不超过15℃。

2.3机组停机时的防冻措施

机组在停机过程中，根据机组设定背压与测量背压的比较依次停运各列。机

组打闸停机后，立即关闭所有至排汽装置的疏水，破坏真空，关闭所有空冷岛进

汽阀、凝结水门及抽真空门并就地确认进汽阀在完全关闭状态。如果在冬季运行

中机组跳闸，根据旁路开度和背压情况减小空冷岛出力，若机组能立即启动，将

各列进汽蝶阀及相应的抽空气门、凝结水门关闭，投入高低压旁路系统运行并确

保最小防冻流量。若机组不能立即启动，处理过程同正常停机。冬季启停机时，

尽量安排在白天气温高时进行。

3空冷岛的防冻控制逻辑

直接空冷机组冬季防冻的控制策略，应当以进入凝汽器的最小热量为基础，

进而核算机组冬季运行在不同环境温度。在调整过程中，应结合凝汽器各排凝结

水联箱中采集到的凝结水温度以及真空抽汽口的温度，确定进一步调整方案。如

果出现部分空冷凝汽器堵塞的状况，则及时风机转速调节较大，凝结水温度也有

提高，然而此时的机组背压仍高于设计值，极有可能是管束堵塞的缘故，此时风